Numerical modelling of wave-structure interaction problems through CFD methods
Dalga-yapı etkileşimi problemlerinin HAD yöntemleri ile sayısal modellenmesi
- Tez No: 632851
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET CEVDET YALÇINER, DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT BAYKAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 198
Özet
Bu çalışmanın ana odağını dalga-yapı etkileşimi problemlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yönlemleriyle modellenmesi oluşturmaktadır. Çalışmanın ilk kısmında, Haydarpaşa Dalgakıranı'nın tsunami etkisi altındaki performansı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu dalgakıranın temel yıkılma mekanizmasının kronman duvarının kayması olduğu ve liman tarafındaki taşların denge durumlarının da etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Liman tarafının en üstündeki taşın dengesine bağlı olarak tasarım önerileri verilmiştir. Bunun ardından, iki küresel cismin soliter dalga etkisi altındaki hareketleri deneysel ve sayısal olarak çalışılmıştır. Kullanılan mevcut HAD çözücülerinin güçlü ve zayıf yönleri tartışılmıştır. Çalışmanın ikinci kısımında, OpenFOAM HAD Kütüphanesi kullanılarak ve birinci kısımdaki tartışmalara odaklanan iki HAD çözücüsü geliştirilmiş ve doğrulanmıştır. Her iki model de gözenekli ortamdaki akım özelliklerini çözme, serbest akım yüzeyini Akışkan Hacmi Yöntemi (AHY) ile belirleme özelliklerine sahiptir ve dalga üretimi/soğurulması işlevleri için bu kütüphanede bulunan sınır koşulları ile ilintilendirilmiştir. İlk HAD çözücüsünde hareket etmeyen sınırlar için gövde kuvveti batık sınır metodu (BSM) kullanılmaktadır. Bu çözücüde AHY hem cebirsel ve hem de geometrik algoritmalar ile uygulanmıştır. Bu çalışma, isoAdvector isimli geometrik AHY algoritmasının BSM ile birlikte ve gözenekli ortam içerisinde kullanıldığı ilk örnektir. İlk HAD çözücüsü dört ayrı deneysel veri seti kullanılarak ve sınırlara uyumlu çözüm ağları üzerinde çalışan bir HAD çözücüsü ile karşılaştırmalı olarak doğrulanmıştır. İkinci sayısal modelde hareket eden ve etmeyen sınırlar için kesik hücre BSM kullanılmaktadır. Bu model, hareket eden sınırları gözeten, serbest akım yüzeyinin belirlendiği, gözenekli ortamdaki akım özelliklerinin çözülebildiği ve dalga üretimi/soğurulması kapasitesine sahip olan ilk örnektir ve bir analitik çalışmanın sonuçları kullanılarak doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
The major focus of this study is the computational fluid dynamics (CFD) modelling of wave-structure interaction problems. In the first part of this study, the performance of Haydarpaşa Breakwater under tsunami attack is assessed both experimentally and numerically. It is concluded that the major failure mechanism of this breakwater is the sliding of the crown-wall, and the stability of the stones located at the harbour side is also significant. Design recommendations are given based on the stability of the single stone located at the top layer at the harbour side of the breakwater. Next, the motion and collision of two spherical particles under solitary wave attack are studied both experimentally and numerically. The strengths and weaknesses of the two available CFD solvers used in these studies are discussed. In the second part of this study, two CFD solvers are developed and validated using OpenFOAM CFD Library regarding the discussions in the first part. Both models are capable of solving flow properties inside the porous medium, capturing the free-surface using the Volume of Fluid (VOF) Method, and linked to wave generation and absorption boundary conditions previously established in this library. The first CFD solver is based on the body-force immersed boundary method (IBM) for stationary boundaries. VOF method is applied using both algebraic and geometric algorithms in this solver. It is the first time that the geometric method called isoAdvector is used with IBM and within the porous media. This numerical solver is validated against four experimental datasets in comparison with a CFD solver working on conventional body-fitted grids. The second numerical model is based on the cut-cell IBM for both stationary and moving boundaries. This model is the first example that considers the moving boundaries, free-surface, porous media flow and wave generation/absorption in the same numerical model and validated against data from an analytical study.
Benzer Tezler
- Advanced computational modeling of wave energy converters and fluid-structure interaction: a smoothed particle hydrodynamics approach
Dalga enerjisi dönüştürücülerinin ve akış-yapı etkileşiminin ileri düzey hesaplamalı modellemesi: düzgünleştirilmiş parçacık hıdrodinamiği yaklaşımı
SHAYAN RAMEZANZADEH
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT OZBULUT
- Serbest yüzeyli türbülanslı akışlarda bot ve benzeri katı cisimlere etkiyen dinamik yüklerin analizi ve tayini
Analysis and determination of dynamic loads affecting boats and similar solid objects in free surface turbulent flows
CEMAL HASAN CAN AKSOY
Doktora
Türkçe
2025
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDİ KÜKNER
- Yarı dalgıç bir askeri platform tasarımı ve bu platformun hidrodinamik özelliklerinin incelenmesi
Design and hydrodynamic analysis of a semi-submersible naval platform
UTKU CEM KARABULUT
Doktora
Türkçe
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BARLAS
- Küre biçimli tanklardaki sıvı çalkantısının modellenmesi
Modelling of sloshing for spherical tanks
MUSTAFA DENİZ İTİBAR
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NECATİ ERDEM ÜNAL
- Kazıkların eksenel ve yatay yük taşıma kapasiteleri
The bearing capacity of piles under axial and lateral loading
NİLAY DURLANIK